Dans les temps anciens, ISARA fut la déesse du serment et la reine du jugement en Syro Mésopotamie. Les Hittites l'appelaient reine des montagnes. Aujourd'hui ISARA est la machine à mesurer tridimensionnel la plus précise du marché.

La précision volumétrique est de 30 nm, pour une capacité de mesure de 100 x 100 x 40 mm.

La machine peut être adaptée aux besoins des utilisateurs par l'utilisation de différents capteurs et de systèmes de scanning.

ISARA a été développé en commun par le Centre Industriel de Technologie de Philips (CFT) et IBS Precision Engineering. Elle combine l'excellence de Philips CFT pour la conception de systèmes, le contrôle de mouvements et l'expertise d'IBS dans le domaine de la mesure de grande précision et de ses applications.

Pour atteindre ces performances de premier plan, ISARA est conçue selon quelques principes de design très importants.

Principe d'Abbe. Pour éviter les erreurs de parallaxe, un système de mesure doit être placé coaxialement avec l'axe sur lequel les déplacements sont mesurés. Cela est connu sous le nom de principe d'Abbe. Sur ISARA, le principe d'Abbe est respecté sur les trois axes coordonnés de mesure, et cela sur tout le volume de mesure. Le résultat est un système avec un capteur stationnaire et une table mobile. La position de cette table est mesurée en utilisant trois interféromètres laser à miroirs plans, avec compensation pour la température et la pression ambiantes ainsi que l'humidité relative.

Structures pour la partie « métrologie » et la partie « bâti ». Les critères requis pour la structure métrologique et la structure d'assise sont complètement différents. ISARA augmente de façon substantielle ses performances par l'utilisation de différentes structures. La structure métrologique est optimisée pour la stabilité positionnelle des systèmes de mesure et la structure d'assise supporte les forces des vérins. Ainsi les déformations de la structure d'assise n'ont pas d'influence sur la mesure en raison du découplage des forces entre les deux structures.

Sensibilité thermique. En général, les effets thermiques sont une des sources les plus importantes de non-répétabilité pour la précision des machines à mesurer. ISARA minimise ces effets par l'utilisation des matériaux à faible expansion thermique : Zerodur® et Invar® pour la table aux miroirs et la structure métrologie. La zone de mesure est couverte par une enceinte, pour minimiser les apports de chaleur dus à l'environnement extérieur de la machine (par ex. des opérateurs). Un bouclier spécial en aluminium, traité en surface, filtre les variations rapides de température avant qu'elles puissent atteindre la structure métrologique. Grâce à ce design optimisé, ISARA est capable de réduire sa sensibilité thermique au niveau nanométrique.

Précision du positionnement

Le principe original de mesure d'ISARA, mesures simultanées, au niveau nanométrique, de la position de la table supportant la pièce à mesurer et de la déflection de la tête de mesure, n'impose pas une précision de position de la table très poussée. Cependant, pour garantir qu'une large gamme de capteurs peut être utilisé, ISARA possède une capacité de positionnement sub-micrométrique. Le comportement dynamique du guidage, de conception triangulaire (brevet en instance), est supérieur aux guidages conventionnels à structures empilées et permet de réaliser des servomécanismes très performants.

Pour protéger les délicats capteurs, le système s'arrêtera toujours sous 10 µm aux vitesses normales de mesure (1 mm/s). Une compensation gravitationnelle (brevet en instance) diminue drastiquement la dissipation de puissance de la table de positionnement à moins de 0,1 W pour chaque axe.

Etalonnage

Un des aspects très important du design d'ISARA est la possibilité d'étalonner la boucle de métrologie, en utilisant la machine elle-même. Puisque le principe d'Abbe s'applique à tous les axes, l'étalonnage géométrique concerne simplement la forme de la table aux miroirs (écart de planéité et défaut de géométrie). Cette opération est effectuée avec un objet de référence aux dimensions connues.

Tous les capteurs et autres systèmes de mesure utilisés par ISARA sont étalonnés ; étalonnage et traçabilité sont effectués selon les standards internationaux.

Deux nouvelles et différentes têtes de mesures à contact ont été développées pour ISARA; les deux sont conçues pour une précision nanométrique. Pour permettre la mesure de petites pièces, les deux têtes de mesure sont équipées de sphères de dimensions très réduites.

Tête de mesure 1 :
Trois capteurs ultra précis, de technologie capacitive, sont intégrés dans le corps de la tête de mesure et utilisés pour déterminer le déplacement des disques en aluminium, connectés aux lames des ressorts supportant le stylet. En utilisant la cinématique d'un corps rigide, le déplacement de la sphère du stylet est calculé à partir des lectures de ces trois capteurs.

Les caractéristiques typiques de ce système de mesure sont :
- Simplicité du design
- Faible masse en mouvement
- Capteurs capacitifs
- Raideur isotrope en X, Y et Z

Ce système de mesure a été réalisé en collaboration avec le Laboratoire National de Physique (NPL), Teddington, Royaume-Uni.

Tête de mesure 2 :
La suspension du corps de la tête de mesure est réalisée avec 3 ressorts à lame, contenant chacun 4 jauges de contraintes piézo-résistives, montées en pont de Wheatstone. Le changement de résistance de ces trois ponts est une mesure du déplacement de la sphère montée sur le stylet.
En raison de la petite taille de celle-ci, typiquement un diamètre de 0,5 mm ou moins, une déformation plastique de la pièce à mesurer est vraisemblable quand la vitesse de mesure est de 1 mm/s ou davantage. Aussi, il est important de réduire au maximum la masse en mouvement contenue dans la tête de mesure.
A ce niveau de précision, la raideur du système de mesure doit être faible, à extrêmement faible, pour limiter la force de contact entre la sphère et la pièce à mesurer. La valeur typique de raideur varie entre 10 et 1000 N/m et possède de préférence un comportement isotrope.
Cette valeur résulte du design de flexion - comme pour la tête de mesure 1. Sinon, la précision du système de mesure n'est pas égale dans les directions X,Y et/ou Z.

Les caractéristiques typiques de cette tête de mesure sont :
- Taille réduite
- Masse extrêmement faible : 20 mg
- Stabilité à long terme

Ce capteur a été développé par la section Ingénierie de Précision de l'Université de technologie d'Eindhoven, aux Pays-Bas.

ISARA est disponible avec un logiciel de métrologie 3D permettant des mesures géométriques complètes au niveau nanométrique.

Les applications typiques d'ISARA sont la métrologie au niveau nanométrique, les mesures coordonnées en 3D, l'étalonnage 3D, les mesures de surfaces, le scanning & le contouring, les mesures AFM/STM et les microsystèmes/MST.